DE19838592C1

DE19838592C1 - Sicherheitskontrolleinrichtung

Info

Publication number: DE19838592C1
Application number: DE1998138592
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Frank; Heinz Koser
Original assignee: Samson AG
Current assignee: Samson AG
Priority date: 1998-08-25
Filing date: 1998-08-25
Publication date: 1999-09-09
Anticipated expiration: 2018-08-26

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Schließen einer fluidführenden Leitung beim Abweichen des Fluid- Druckes von einem vorbestimmten Wert mittels eines im Fluidstrom befindlichen vorgespannten Ventilsitzes, wie sie beispielsweise als Sicherheitsventil für automa tisch arbeitende Wasch- oder Geschirrspülmaschinen be kannt ist; vgl. DE 70 08 296 U1.

Solche der Sicherheit der betreffenden Maschinen die nende Kontrolleinrichtungen versagen, wenn insbesondere beim Einsatz für Lack-Poliergeräte, diesen als Fluide zwei Gase mit Überdruck zugeführt und mittels einer so genannten Koaxialleitung abgeführt werden, die eine in nere Leitung für das erste Gas und eine diese um schließende äußere Leitung für das zweite Gas aufweist, wobei das eine Gas beispielsweise Druckluft für den An trieb einer Polierscheibe und das andere Gas ein Kühl medium ist.

Das bekannteste Gas zur Kühlung ist Stickstoff (N₂). Hierbei wird flüssiger Stickstoff in isolierten Behäl tern gelagert und kaltes Stickstoffgas mittels isolier ter Schläuche an das zu kühlende Objekt geführt. Ein Vorteil dieser Art der Kühlung ist, daß der niedrige Druck des kalten Stickstoffs keine Sicherheitsmaßnahmen erfordert.

Demgegenüber sind jedoch eine Reihe von Nachteilen vor handen. Dieses Kühlverfahren ist teuer und die Handha bung ist kompliziert. Zur Lagerung sind große isolierte Tanks notwendig, die Platz benötigen, nur schwer trans portabel sind und auch hohe Preise besitzen. Darüber hinaus ist auch bei sehr gut isolierten Tanks die La gerzeit begrenzt, so daß das rechtzeitige Auffüllen des Stickstoffs überwacht werden muß.

Ebenfalls bekannt ist der Einsatz von Kohlendioxyd (CO₂) zur Kühlung, hierbei wird zur Kühlung das unter hohem Druck stehende Kohlendioxyd expandiert, um die Temperatur des Gases zu senken. Diese Art der Kühlung wurde bisher nur bei thermischen Spritzverfahren zur Herstellung von Kunststoff, dem Plasmaspritzen, einge setzt.

Bekanntlich sind in einer Kohlensäurefläche flüssiges und gasförmiges Kohlendioxyd beispielsweise bei hohem Druck von ca. 7 MPa (ca. 70 bar) miteinander im Gleich gewicht. Oberhalb der kritischen Temperatur (31,5°C) bzw. des zugehörigen kritischen Druckes (7,4 MPa) hän gen das Gebiet der Flüssigkeit und des Gases ohne scharfe Trennlinie zusammen. Durch Entspannen des Koh lendioxyds auf atmosphärischen Druck wird eine Kühltem peratur von -78,5°C erreicht.

Im Vergleich zur Kühlung mit Stickstoff ermöglicht Koh lendioxyd eine einfache Handhabung und geringe Kosten. Hochdruckflaschen mit Kohlendioxyd können gelagert und relativ einfach transportiert werden. Die Schläuche be nötigen weiterhin keine Isolation. Jedoch müssen auf grund des hohen Drucks des Kohlendioxyds Sicherheits einrichtungen vorgesehen werden. Gerade bei längeren Schläuchen müssen Gefahren, die durch Platzen der Schläuche entstehen könnten, ausgeschlossen werden.

Hier setzt nun die Erfindung ein, deren Aufgabe es ist, eine Sicherheitskontrolleinrichtung für Gase mit Über druck zu schaffen, die mindestens zwei Überdruck- Gas zuführungen und einen Ausgang für beide Gase, der eine innere Leitung für ein erstes Gas und eine diese um schließende äußere Leitung für ein zweites Gas besitzt, wobei diese Sicherheitskontrolleinrichtung einen siche ren Schutz gegen Fehler bieten soll, die ansonsten zu einem nachteiligen schnellen Ausströmen des unter hohem Druckstehenden Kühlgases führen könnten.

Ausgehend von der Erkenntnis, daß die bei einem Fehler, wie beispielsweise dem Platzen des Kühlgasschlauches, auftretende Druckdifferenz infolge des Abfallens des Druckes hinter einer in der ersten Gaszuführung ange ordneten aus Drosselkörper und Ventilsitz bestehenden Drosselstelle ausgenutzt werden kann, um ohne Hilfs energie aufgrund des an dem Drosselkörper jeweils an greifenden Wirkdruckes die Drosselstelle und damit die erste Gaszuführung sicher zu verschließen, ist diese Aufgabe gelöst durch die Verwendung einer solchen Dros selstelle als Teil einer mindestens zwei koaxial ange ordnete Überdruck-Gasleitungen überwachenden Sicher heitseinrichtung, der über getrennte Leitungen die ab zuführenden Gase zugeführt werden, mit zwei achsglei chen, mit je einer mit den Gasleitungen kommunizieren den gegeneinander abgedichteten Druckkammern, von denen die erste den vom Wirkdruck der ersten Gasleitung be aufschlagten Ventilsitz und die zweite einen vom Wirk druck in der zweiten Gasleitung beeinflußten axial ver schieblichen, federbelasteten Anschlag für den Ventil sitz der ersten Druckkammer in derartiger Anordnung um faßt, daß sowohl beim Abfallen des Druckes in der ersten Gasleitung als auch bei nicht betriebsgemäßen Anstieg des Druckes in der zweiten Gasleitung der Ventilsitz geschlossen wird.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung, insbesondere durch die mechanische Kopplung der Drosselstelle mit einer zweiten Einheit, die ebenfalls ohne Hilfsenergie bei einem nicht betriebsgemäßen Anstieg des Drucks in einer mit der äußeren Ausgangsleitung verbundenen Kam mer zu einem Verschließen des Ventilsitzes führt, wird eine besonders einfache und vorteilhafte Sicherheits einrichtung zur Überwachung von unter hohem Druck stehenden Kühlgas geschaffen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Un teransprüchen.

Die Sicherheitskontrolleinrichtung nach der Erfindung ist insbesondere zum Einsatz mit einem Kühlmedium wie Kohlendioxyd geeignet. Eine besonders vorteilhafte An wendung dieser Erfindung ist die Überwachung der Zu führung von Kühlgas für das Kalt-Polieren, das vor allem zum Polieren von dauerelastischen 2-Komponenten- Lacken notwendig ist, da diese Lacke aufgrund der hohen Wärmeempfindlichkeit nicht mit normalen Poliermaschinen bearbeitet werden können. Das zweite Gas ist in diesem Fall Luft mit beispielsweise einem Überdruck von 6 bar, die zum Antrieb der Poliermaschine verwendet wird.

Die Sicherheitskontrolleinrichtung ermöglicht neue Ein satzfälle für das Kalt-Polieren, da die einfache Hand habung und die geringen Kosten im Vergleich mit Stick stoff als Kühlmittel auch für seltenen Gebrauch eine rentable Anwendung bedeuten.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung mehr oder minder schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben, das als Schnittbild dargestellt ist.

Eine in der einzigen Figur dargestellte Sicherheitskon trolleinrichtung ist insgesamt mit dem Bezugszeichen SK bezeichnet und weist eine erste Gaszuführung 10 und ei ne zweite Gaszuführung 12 auf. Ein Leitungsanschluß 36 dient zum Anschluß einer Ausgangsleitung, die sowohl eine innere Ausgangsleitung 14 für das erste Gas als auch eine äußere Ausgangsleitung 16 für das zweite Gas umfaßt.

Die genannten Gaszuführungen und die Ausgangsleitung sind Teile eines Gehäuses 32 der Sicherheitskontroll einrichtung SK, die ferner eine erste Kammer 34 und eine zweite Kammer 40 aufweist. Zwischen der ersten Gaszuführung 10 und der ersten Kammer 34 ist eine aus einem Drosselkörper 18 und einem Ventilsitz 20 beste hende Drosseleinrichtung angeordnet. Die Strömung des ersten Gases beaufschlagt den Drosselkörper 18 in Schließrichtung mit Kraft, wobei der Drosselkörper 18 den Ventilsitz 20 entgegen der Kraft eines ersten Fe derelementes 28 verschließt, wenn der Wirkdruck, d. h. die Druckdifferenz des Drucks vor und hinter der Dros seleinrichtung, einen im normalen Betriebsfall noch zu lässigen Normalwert des Wirkdruckes übersteigt.

Dies tritt beispielsweise dann ein, wenn aufgrund eines Fehlers das erste Gas aus der inneren Ausgangsleitung 14 gegen atmosphärischen Druck entweichen kann. In ei nem solchen Falle fällt der Druck in der ersten Kammer 34 ungewöhnlich stark ab und der dadurch auf den Dros selkörper 18 einwirkende, erhöhte Wirkdruck drückt die sen gegen die Vorspannkraft des ersten Federelements 28 in den Ventilsitz 20. Falls also solch ein Fehlerfall auftritt, verschließt der Drosselkörper 18 mit seiner Kegelfläche 22 solange den Ventilsitz 20, bis der Dros selkörper 18 durch Lösen der Hochdruckverbindung an der ersten Gaszuführung 10 vom Staudruck entlastet wird.

Hierzu drückt das erste Federelement 28 einen Teller 25, der über eine Ventilstange 24 fest mit dem Dros selkörper 18 verbunden ist, gegen die Innenseite einer Hülse 26. Die Hülse 26 ist innerhalb der ersten Kammer 34 in Schließrichtung des Drosselkörpers 18 beweglich. Sie wird von einem zweiten Federelement 30 in Schließ richtung des Drosselkörpers 18 gegen einen noch zu be schreibenden ersten Anschlag 44 gedrückt.

Diese Anordnung bildet damit einen ersten Kraftbrecher, wobei die Vorspannkraft des ersten Federelements 28 in etwa der am Drosselkörper 18 aufgrund des im normalen Betriebsfall noch zulässigen Wirkdruckes entstehenden Kraft entspricht.

Der erste Anschlag 44 ist Teil einer durch die zweite Kammer 40 im Gehäuse 32 verlaufenden vorgespannten Stange 42, die mit der zweiten Gaszuführung 12 verbun den ist und in der im normalen Betriebsfall der Druck des zweiten Gases herrscht. Mit der Stange 42 ist ein Balg 50 verbunden, auf den der Druck in der zweiten Kammer 40 wirkt. Die Stange 42 ist mittels eines drit ten Federelements 48 vorgespannt und stützt sich im normalen Betriebsfall mit einem zweiten Anschlag 46 an einer Wandung 47 des Gehäuses 32 ab.

Die Anordnung von Stange 42, Anschlag 46 und dem drit ten Federelement 48 bildet somit einen zweiten Kraft brecher, der den Anschlag 44 für den ersten Kraft brecher, bestehend aus dem ersten Federelement 28, der Hülse 26 und dem Teller 25, der mit dem Drosselkörper 18 verbundenen ist, darstellt.

Zur Kontrolle des Drucks in der ersten Kammer 34 ist eine Verbindung zu einem ersten Druckanzeiger 54 vor gesehen.

Weiterhin ist eine erste Berstscheibe 58 mit der ersten Kammer 34 verbunden, die so bemessen ist, daß bei einer Fehlfunktion der Drosseleinrichtung 18, 20 diese defi niert zerstört wird, bevor die Ausgangsleitung platzt.

Ferner verbindet ein Verbindungskanal 38 die äußere Ausgangsleitung 16 mit der zweiten Gaszuführung 12 und die zweite Kammer 40 innerhalb des Gehäuses 32.

Tritt der Fehlerfall ein, daß die innere Ausgangslei tung 14 undicht wird und das erste Gas in die äußere Ausgangsleitung 16 strömt, so würde der erste Kraft brecher - bestehend aus dem ersten Federelement 28, Hülse 26 und dem Teller 25 - nicht ansprechen, da kein genügend großer Anstieg des Wirkdruckes entsteht. Das Einströmen des ersten Gases in die äußere Ausgangslei tung 16 führt jedoch zu einem Druckanstieg in der zwei ten Kammer 40, so daß die Vorspannkraft des dritten Fe derelementes 48 von der Kraft, die aufgrund des Druckes am Balg 50 entsteht, überwunden wird und die Stange 42 sich in Schließrichtung des Drosselkörpers 18 ver schiebt. Da im normalen Betriebsfall der erste Anschlag 44 von der vorgespannten Stange 42 gebildet wird, die Stange 42 also gleichzeitig den Anschlag 44 verkörpert, bewegt sich dadurch die von dem zweiten Federelement 30 in Schließrichtung des Drosselkörpers 18 mit Kraft be aufschlagte Hülse 26 soweit, daß die Kegelfläche 22 den Ventilsitz 20 verschließt.

Die Stange 42 ist im Bereich der Durchführung von der ersten Kammer 34 zur zweiten Kammer 40 mittels einer sie umfassenden Dichtung 52 abgedichtet, so daß die erste und die zweite Kammer keine direkte Mediumverbin dung besitzen.

Die Anordnung des zweiten Kraftbrechers in der zweiten Kammer 40 verhindert auf diese Weise das Platzen der äußeren Ausgangsleitung 16, wenn das erste Gas in diese fehlerhaft einströmt.

Auch die zweite Kammer 40 ist mit einer Berstscheibe 60 verbunden, die als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme ver hindert, daß bei im Fehlerfall nicht ordnungsgemäß ver schlossenem Sitz 20 ein undefiniertes Platzen eines Schlauches oder sogar des Gehäuses verhindert wird.

Als Kontrolleinrichtung für eine ordnungsgemäße Funk tion ist auch die zweite Kammer 40 mit einem zweiten Druckanzeiger 56 verbunden.

Nicht zwingend ist ein Rückschlagventil 62, das in der zweiten Gaszuführung 12 angeordnet ist. Übersteigt der Druck in der zweiten Kammer 40 den Druck des zweiten Gases in der zweiten Gaszuführung 12, so wird der Sitz 64 von dem Rückschlagventil 62 verschlossen und somit verhindert, daß die Zuleitung des zweiten Gases zer stört wird.

Alternativ kann die Regelfläche des Drosselkörpers 18 mit einem elastomeren Dichtelement versehen sein. Als Dichtelement kann beispielsweise ein Runddichtring verwendet werden. Ein solches elastomeres Dichtelement ermöglicht ein sicheres leckfreies Verschließen des Ventilsitzes 20.

Schließlich ist die erste Gaszuführung als nicht darge stellte, an sich bekannte Schraubverbindung ausgebil det, über die die Sicherheitskontrolleinrichtung mit einer Hochdruckgasflasche verbindbar ist. Hierbei weist das Gewinde der Schraubverbindung eine Bypassbohrung zur Atmosphäre auf, die erst bei vollständig angezoge ner Schraubverbindung verschlossen ist. Dies verhin dert, daß bei öffnen der Verschraubung das erste Gas schlagartig entweichen würde, wenn die Hochdruckgas flasche nicht vorher geschlossen wurde.

Die vorstehend beschriebene Ausführung der Erfindung ist besonders vorteilhaft in der Verwendung als Sicher heitskontrolleinrichtung für Kohlendioxyd (CO₂) als erstes Gas (Kühlgas) und Luft als zweites Gas (An triebsgas), wobei der Druck des ersten Gases den Druck des zweiten Gases um ein Mehrfaches übersteigt.

Bezugszeichenliste

10

Erste Gaszuführung

12

Zweite Gaszuführung

14

Innere Ausgangsleitung

16

Äußere Ausgangsleitung

18

Drosselkörper

20

Sitz

22

Kegelfläche

24

Ventilstange

25

Teller

26

Hülse

28

Erstes Federelement

30

Zweites Federelement

32

Gehäuse

34

Erste Kammer

36

Leitungsanschluß

38

Verbindungskanal

40

Zweite Kammer

42

Stange

44

Erster Anschlag

46

Zweiter Anschlag

47

Wandung des Gehäuses

48

Drittes Federelement

50

Balg

52

Dichtung

54

Erster Druckanzeiger

56

Zweiter Druckanzeiger

58

Erste Berstscheibe

60

Zweite Berstscheibe

62

Rückschlagventil

64

Sitz

Claims

1. Einrichtung zum Schließen einer fluidführenden Leitung beim Abweichen des Fluid-Druckes von einem vorbestimmbaren Wert mittels eines im Fluidstrom befindlichen vorgespannten Ventil sitzes, gekennzeichnet durch deren Verwendung als Teil einer mindestens zwei koaxial angeord nete Überdruck-Gasleitungen (14, 16) überwach enden Sicherheitseinrichtung (SK), der über getrennte Leitungen (10, 12) die abzuführenden Gase zugeführt werden, mit zwei achsgleichen, mit je einer mit den Gasleitungen (10, 12, 14, 16) kommunizierenden gegeneinander abgedichte ten Druckkammern (34, 40) eines Gehäuses (32), von denen die erste den vom Wirkdruck der er sten Gasleitung (10) beaufschlagten Ventilsitz (18, 20) und die zweite einen vom Wirkdruck in der zweiten Gasleitung (16) beeinflußten axial verschieblichen, federbelasteten Anschlag (42, 44) für den Ventilsitz (18, 20) der ersten Druckkammer (34) in derartiger Anordnung um faßt, daß sowohl beim Abfallen des Druckes in der ersten Gasleitung als auch bei nicht be triebsgemäßen Anstieg des Druckes in der zweiten Gasleitung der Ventilsitz geschlossen wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Ventilsitz einen Drosselkör per (18) umfaßt, der mit dem einen Ende einer Ventilstange (24) fest verbunden ist, deren anderes Ende einen von einer Feder (28) entge gen der Schließrichtung des Ventilsitzes be lasteten Teller (25) aufweist, der in eine von einer Feder (30) in Schließrichtung des Ventil sitzes (18, 20) beaufschlagten, in Schließ richtung des Drosselkörpers (18) beweglichen Hülse (26) ragt, die innerhalb der ersten Druckkammer (34) geführt ist.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, da durch gekennzeichnet, daß der Anschlag (44) eine von einer Feder (48) entgegen der Schließ richtung des Drosselkörpers (18) beaufschlagte Stange (42) ist, die mit einem vom Druck der zweiten Druckkammer (40) beaufschlagten Balg (50) verbunden ist, über den der Anschlag (44) entgegen der Vorspannkraft der Feder (48) be aufschlagt ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die den in die erste Druckkammer (34) ragenden Anschlag (44) bildende Stange (42) einen unter normalen Druckverhältnissen lagebestimmenden zweiten Anschlag (46) auf weist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Druckkammern (34, 40) über eine die Anschläge (42, 46) bildenden Stange (42) umfaßende Dichtung (52) gegeneinander ab gedichtet sind.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß den Druckkammern (34, 40) jeweils eine Berstscheibe (58, 60) und ein Druckanzeiger (54, 56) zugeordnet sind.

7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß der Kegelmantelfläche (22) des Drosselkörpers (18) ein elastomeres Dichtelement zugeordnet ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß in der zweiten Gasleitung (12) ein Rückschlagventil (62) vorgesehen ist, wel ches die Gaszuführung verschließt, wenn der Druck in der zweiten Druckkammer (40) den Druck des zweiten Gases in der zweiten Gasleitung (12) übersteigt.

9. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß als erstes Gas Koh lendioxyd und als zweites Gas Luft verwendet ist, wobei der Druck des ersten Gases den Druck des zweiten Gases um ein Mehrfaches übersteigt.

10. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, da durch gekennzeichnet, daß die erste Gasleitung (10) als Schraubverbindung zwischen der Ein richtung (SK) und einer Hochdruckgasflasche ausgebildet ist, deren Gewinde eine mit der Atmo sphäre kommunizierende Bypassbohrung aufweist, die erst bei vollständig angezogener Schraub verbindung verschlossen ist.